CN102562121B - 一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统，包括硐室外部的电动制冷机组和硐室内部的蓄冰柜，所述蓄冰柜安装于硐室顶部中央或侧墙顶部；蓄冰柜表面设置有可拆卸的绝热保温层。当矿井下发生矿难，井下电网电源被切断，硐室内蓄冰柜可在无电的情况下实现制冷除湿，完全不依赖蓄电池，不受室内电力储备的影响，直接实现向硐室内制冷。本发明蓄冰柜通过自然对流及辐射两种换热方式向硐室或救生舱供冷，可使救生舱或避难硐室内的温湿度分布均匀，并且不占用硐室的地面空间，增加了空间使用率，在工作过程中无噪音，逃生人员在硐室中感觉舒适。

Description

一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统

技术领域

本发明涉及安全设备及空调制冷领域，尤其涉及一种煤矿用救生舱或避难硐室(可统称为硐室)的空气调节系统，也就是一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统。本发明的主要作用是矿井下发生事故时，对救生舱或避难硐室内部的温湿度进行调节，同时也为食物保鲜。

背景技术

矿井中使用的紧急避险设施主要分为避难硐室和可移动式救生舱，前者安放在矿区井下为固定式的；后者为可移动式，随工程进度不断改变位置，为采掘工作面的作业人员提供集中的避难空间。救生舱可容纳的逃生人员较少，约为30人以内；避难硐室可容纳人员较多，约为20～200人。

避难硐室和救生舱(以下统称为硐室)，是当灾害发生，人员无法撤出时，为防止有毒、有害气体的侵袭而设立的避难场所，是为无法安全撤至地面的遇险人员提供基本生存条件的紧急避险设施。矿井硐室在灾变时为矿工提供了隔绝密闭的避难空间，内部正压密闭系统起到了隔绝有毒有害气体的作用。避难舱有坚硬的金属外壳，一般为箱体形状，断面可以是矩形或圆拱形等几何形状。

目前中国煤矿约95％是井工矿，井工矿井具有灾害因素集中、人员活动与逃生空间受限，多种致灾因素共存井下的特点，也容易引发大的灾难。在井工矿中设置和使用紧急避难设施，是煤矿应急救援中的一项有效的技术。

煤矿应急避难硐室对减少事故伤亡具有重要的价值。根据煤矿事故统计和救援经验，在矿井发生事故第一现场因爆炸、坍塌等伤害立刻遇难的人员仅占事故总死亡人数的10％左右，绝大多数矿工的遇难是由于爆炸后其附近区域氧气耗尽、含有高浓度有毒有害气体、逃生路线因爆炸阻断等原因而无法及时撤离到安全区域或升井而造成的。因此，在煤矿事故中，无法及时转移的矿工长时间暴露于有毒有害的气体环境中导致窒息是造成人员伤亡的最直接原因。因此，采用安全的密闭空间在较大范围的危险环境中用于被困人员的应急避难，保障其生命安全，赢得足够的救援时间，已经成为煤矿安全防护的一种新趋势。

控制救生舱或避难硐室内部温度和湿度是阻碍当前救生舱和避难铜室进展的难题之一。为防止外部CO等有毒有害气体进入硐室内，硐室通常采用气密和正压结构。当井下发生矿难，井下人员进入救生舱或硐室后，电力供应会切断，人体的发热和汗液会使其内部的温度和湿度升高，为了使其内部的生存环境适于人生存，就必须将其内部的温度和湿度控制在合适范围内。因此，硐室必须配置制冷除湿系统，对硐室内进行降温和除湿，以满足温度不大于35℃、湿度不大于85％的要求。目前矿用硐室或救生舱用来降温除湿的方法主要有：电力空调、蓄冰降温、压风制冷及液态二氧化碳汽化相变制冷。电力空调对电的依赖性较强，当发生险情后如果外部电力供应切断，那么就必须依靠内部蓄电池来供电，这样就对蓄电池的容量要求较高，同时电力空调的压缩机置于舱外，防爆要求较高，存在安全隐患，而且当外界温度大于50℃时空调就无法制冷；压风制冷，主要是将救生舱或避难铜室内的压风管路与井下的压风系统连接，为避险设施内的人员供氧和降温，但是在发生险情后无法保证压风系统的电力供应正常、压风管路未受损、压风空气不含有毒有害气体；液态二氧化碳汽化吸热使用较多的是从国外进口的一种喷射制冷空调，售价较高，并且存在二氧化碳泄露等安全性问题。

CN 102312680A提供了一种救生舱及避难硐室使用的降温系统，所要解决的问题是：在发生矿难时空调或者其它制冷设备有时会同时遭到破坏，井下的高温环境下将会危及避难人员的生命。该发明的要点是：它包括相变材料制冷剂、蓄冷相变材料制冷剂的水箱，水箱的进水口接地下水源，排水口接地下排水系统，进水的流量大于等于排水的流量，使水箱中保持循环的地下水，所说的相变材料制冷剂是指密封袋里装有相变材料，投入水箱的循环水中，使相变材料制冷剂在不使用时保持固态。

矿井若发生事故，当瓦斯浓度超过规定的断电浓度时，煤矿井下非本质安全型电气设备必须断电，以防止电火花和危险温度以及机械摩擦撞击火花和危险温度等引起瓦斯爆炸。这就要求硐室的制冷和空气净化等系统及装备不能使用大功率和大容量电源，包括使用煤矿井下电网电源和大容量蓄电池。

硐室若使用煤矿井下电网电源，当瓦斯浓度超过断电浓度时，将会停止供电。避难硐室和救生舱若使用蓄电池，也难以保证96h紧急避险期间电源的供给，这是由蓄电池充放电要求和蓄电池本身特点所决定。此外，蓄电池的使用非常占用硐室的空间，而这对于用于人员救险的空间狭小的硐室而言无疑是个很大的负担。

传统的蓄冰制冷系统包括硐室外部的电动制冷机组及安放在硐室内的蓄冰柜两部分组成。蓄冰制冷首先要将冰柜中的水制成冰，平时要维持冰的结冰状态，都是通过室外的电动制冷机组进行。因此，平时需要使用井下电网电源给电动制冷机供电。当发生矿难时，硐室外部制冷机组被切断电源，停止工作；硐室内的蓄冰柜开始制冷，其制冷过程通过一个小型直流风机使得蓄冰柜内风道强迫对流换热实现向硐室内释放冷量，该直流风机由蓄电池驱动。虽然该直流风机的功率很小，但由于需要维持硐室内96h的温湿度要求，所配置的蓄电池体积仍然非常庞大，占用硐室内的大量空间，此外，还需考虑蓄电池的防爆安全性问题以及其寿命问题。从以上分析可看出，传统的硐室用蓄冰制冷系统仍有诸多的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有硐室制冷系统存在的一系列问题，提出了一种在矿难发生时，完全无需电力供应便可保证救生舱或避难硐室内部的温度及湿度要求，使内部环境的温湿度适合人类生存的无电式硐室用蓄冰制冷系统。硐室内蓄冰柜可独立工作，无需用电，无需蓄电池，不受室内电力储备及外部环境温度的影响，可直接实现向硐室内制冷。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统，包括硐室外部的电动制冷机组和硐室内部的蓄冰柜，所述蓄冰柜安装于硐室顶部中央或侧墙顶部。传统的蓄冰柜直接放置在硐室地面，并通过直流风机对蓄冰柜内风道进行强迫对流，以实现对室内的制冷。风机由蓄电池驱动，故硐室内蓄配备大量的蓄电池，占用大量硐室空间，并需要考虑安全防爆性问题，以及蓄电池的寿命问题，需要定期更换。

本发明所述蓄冰柜表面涂有吸热材料涂层，从而加强冰柜对硐室的辐射换热过程，该吸热材料为高发射率涂料，如可把表面变成焦黑。所述吸热材料涂层，优选碳黑粉末、石墨、黑漆、金属氧化物或至少两种的混合物，所述金属氧化物优选Fe₂O₃和/或Al₂O₃。

由基尔霍夫定律可知，高吸收率的材料同时具有高的发射率。高发射率涂料(high-emissivity coatings)是一类有着良好热辐射性能的涂料。它具有增大热辐射、强化传热的作用。

本发明蓄冰柜的侧表面吸热材料涂层外设置有可拆卸的绝热保温层。而传统的蓄冰柜保温层为不可拆卸的。该可拆卸保温层平时处于盖紧状态，当发生矿难时，逃生人员需要掀开保温层，以使蓄冰柜与硐室环境换热，从而为硐室制冷。

本发明的蓄冰柜布置在硐室顶部中央，或者侧墙顶部，从而使冰柜可以利用自然对流的方式对硐室制冷，用于强化制冷过程的自然对流，强化制冷效应。此外，蓄冰柜安装于硐室顶部有助于增大硐室的地面空间，有效提高硐室的空间利用效率。

本发明的蓄冰柜内部无风道，无需风机，无需蓄电池，从而大大节省了硐室内的空间，并且避免了蓄电池本身的安全防爆性问题以及寿命问题。

所述蓄冰柜可配置为一个或多个，优选一个、两个、四个或六个，根据硐室内需容纳人数而定。由于本发明中蓄冰柜设置于硐室顶部中央或侧墙顶部，不占用地面空间，即使多设计几个蓄冰柜，也不会对空间使用造成影响。

传统的蓄冰柜制冷主要由蓄电池带动风机鼓风或吹风，以强迫对流的换热方式制冷。本发明蓄冰柜通过自然对流及辐射两种换热方式向室内制冷，因此蓄冰柜内部无风道，无需风机和蓄电池来产生对流。通过蓄冰柜的安装位置，即硐室顶部，以及冰柜表面可拆卸的保温层，以强化自然对流效应；通过在蓄冰柜拆掉保温层后的表面涂上吸热涂层，以强化辐射换热效应。

矿难发生时，利用蓄冰柜表面结霜结露对硐室内进行除湿，简单有效。

工作原理为：硐室外部的制冷机组先将室内冰柜中的水制成冰，然后一直维持结冰状态，该过程制冷机组使用煤矿井下电网电源，即平时需要给电动制冷机供电。一旦事故发生，而当瓦斯超过断电浓度时，将会停止供电，制冷机停止工作。这时硐室内逃生人员需要掀开蓄冰柜的保温层，以使蓄冰柜与硐室环境换热，从而为硐室制冷。

硐室除蓄冰制冷系统外，还包括氧气供给保障系统、气体净化除湿系统、环境监测系统、照明及指示系统、动力保障系统、备用自救器、生存保障系统等。硐室的安装应避开地质构造带、应力集中带、透水威胁区，设置在地质构造简单、围岩稳定的进风巷道，尽量在岩层中，采用不燃性材料支护，顶板完整、支护完好，必须设置在煤层中时，应有防瓦斯涌出，煤层自然发火的安全技术措施。

该系统在正常情况下，硐室外部的防爆制冷机组利用矿山电源维持硐室内蓄冰柜的冰量，当发生矿井事故时，室内蓄冰柜通过自然对流及辐射两种方式向室内制冷，以维持室内适宜温度。硐室内蓄冰柜可独立工作，无需用电，不受室内电力储备及外部环境温度的影响，可直接实现向硐室内制冷。本发明蓄冰柜的特点在于无需电源的供应，即非电式。当矿难发生，蓄冰柜可在无电的情况下工作，向硐室内制冷。

本发明使救生舱或避难硐室内的温湿度分布均匀，并且不占用硐室的地面空间，增加了空间使用率，并且在工作过程中无噪音，逃生人员在硐室中感觉舒适。

附图说明

图1是本发明蓄冷柜安装于硐室顶部中央的方式一示意图。

图2是本发明蓄冷柜安装于硐室顶部中央的方式二示意图。

图3为本发明蓄冰柜安装于硐室侧墙顶部示意图。

图4是本发明两个蓄冷柜安装于硐室顶部中央的方式一示意图。

图5是本发明两个蓄冷柜安装于硐室顶部中央的方式二示意图。

本发明优选图1、图4的安装方式。

附图标记：1-蓄冷柜；2-硐室。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

如图1所示，一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统，包括硐室2外部的一套电动制冷机组和硐室2内部的一个蓄冰柜1，所述蓄冰柜1安装于硐室2顶部中央纵向设置，蓄冰柜1的侧表面设置有可拆卸的绝热保温层。蓄冰柜1内部无风道，无风机和蓄电池，蓄冰柜在拆掉绝热保温层后的侧表面涂有石墨涂层。

具体数据：如图1所示，为一20人舱硐室，该硐室内布置一个蓄冰柜用于制冷，硐室设计需求制冷量为2000W。冰柜的尺寸为长3000mm×宽400mm×高1500mm，硐室的内尺寸为长20000mm×宽3200mm×高3200mm，在保温层全部掀开的情况下，自然对流换热方式的制冷量约为1632W，辐射换热方式的制冷量为652W，合计2284W，满足硐室设计需求。矿难发生时，硐室内逃生人员可通过掀开或合上冰柜侧面的保温层以调节适宜的硐室内温度。

实施例2

如图5所示，一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统，包括硐室2外部的一套电动制冷机组和硐室2内部的两个蓄冰柜1，所述蓄冰柜1安装于硐室2中央顶部横向设置，蓄冰柜1表面设置有可拆卸的绝热保温层。蓄冰柜1内部无风道，无风机和蓄电池，蓄冰柜在拆掉绝热保温层后的侧表面涂有Fe₂O₃涂层。

实施例3

一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统，包括硐室2外部的一套电动制冷机组和硐室2内部的三个蓄冰柜1，所述蓄冰柜1安装于硐室2侧墙顶部纵向设置，蓄冰柜1表面设置有可拆卸的绝热保温层。蓄冰柜1内部无风道，无风机和蓄电池，蓄冰柜在拆掉绝热保温层后的侧表面涂有Al₂O₃涂层。

实施例4

一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统，包括硐室2外部的三套电动制冷机组和硐室2内部的六个蓄冰柜1，每套制冷机组连接两个冰柜。所述蓄冰柜1安装于硐室2顶部中央，蓄冰柜1表面设置有可拆卸的绝热保温层。蓄冰柜1内部无风道，无风机和蓄电池，蓄冰柜在拆掉绝热保温层后的侧表面涂有黑漆。

在正常情况下，蓄冰柜通过硐室外部的制冷机组维持柜内的蓄冰状态，蓄冰柜需包裹绝热保温层，以尽可能减少漏冷，降低硐室外部制冷机组的功耗，维持冰柜内的蓄冰量。当矿难发生时，硐室外部的制冷机组断电停止工作，这时硐室内的蓄冰柜开始启动工作，对硐室内制冷，以维持硐室内适宜人体生存的温度。具体的蓄冰柜制冷过程为：矿难发生后，硐室内逃生人员掀开蓄冰柜表面的绝热保温层，蓄冰柜制冷主要通过自然对流及辐射两种方式向硐室内制冷。其一，自然对流的方式：矿难发生后，硐室内逃生人员掀开冰柜侧面的绝热保温层，冰柜表面附近的空气迅速冷却，由于冷空气比热空气密度大，冰柜表面附近的冷空气会自然下沉，由于冰柜安装在硐室的上部，使整个硐室内形成较为稳定的自然对流，实现对整个硐室制冷。相对于传统的放置在地上的蓄冰柜，本发明所述的安装方式及冰柜侧面可拆卸的保温层的设计可大大地强化冰柜表面与空气间的自然对流。此外，蓄冰柜还将通过辐射的方式向硐室内制冷：当矿难发生，室内逃生人员掀开冰柜侧表面保温层，由于冰柜表面温度很低，且涂有吸热涂层，可以大大强化冰柜表面与硐室环境间的辐射换热。两种方式制冷的制冷量较为相当。随着蓄冰柜制冷过程的发生，冰柜内的冰逐渐融化为液态，融化过程释放出冷量。冰柜内的冰量可保证硐室内连续96h以上制冷要求。利用蓄冰柜的表面结霜结露，可实现硐室内的除湿。

本发明可以实现对硐室内的降温和除湿，使救生舱或避难硐室内温度不大于35℃、湿度不大于85％。

本发明所述蓄冰制冷柜的蓄冰量可维持硐室内96h以上的温湿度要求，以保证硐室内逃生人员的生存条件，等待外部救援。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及工作方式，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及工作方式，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及工作方式才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种无电式避难硐室或救生舱用蓄冰制冷系统，包括硐室外部的电动制冷机组和硐室内部的蓄冰柜，其特征在于，所述蓄冰柜安装于硐室顶部中央或侧墙顶部；

所述蓄冰柜表面涂有吸热材料涂层，所述吸热材料涂层为高发射率涂层；

蓄冰柜的侧表面设置有可拆卸的绝热保温层，硐室内逃生人员可通过掀开或合上冰柜侧面的可拆卸的绝热保温层调节硐室内温度；

蓄冰柜通过自然对流及辐射换热两种方式向硐室内制冷；

所述蓄冰柜内部无风道，无需风机，无需蓄电池。

2.如权利要求1所述的蓄冰制冷系统，其特征在于，所述吸热材料涂层为碳黑粉末、石墨、黑漆或金属氧化物。

3.如权利要求2所述的蓄冰制冷系统，其特征在于，所述金属氧化物为Fe₂O₃和/或Al₂O₃。

4.如权利要求1-3之一所述的蓄冰制冷系统，其特征在于，所述蓄冰柜为一个或多个。

5.如权利要求4所述的蓄冰制冷系统，其特征在于，所述蓄冰柜为一个、两个、四个或六个。

6.如权利要求1-3之一所述的蓄冰制冷系统，其特征在于，矿难发生时，利用蓄冰柜表面结霜结露对硐室内进行除湿。